三元金属氢化物Mg(BH4)2高压相变的第一性原理研究

摘要

金属硼氢化物因具有高质量的储氢密度，在一定条件下容易吸收和释放出氢，适合应用在燃料电池和储氢材料.因其价格低廉、质量较轻等优势，被认为是最有应用前景的储氢材料之一.在众多金属硼氢化物中，因Mg(BH4)2含氢质量比为14.8wt％而受到广泛关注.
　　三元金属氢化物Mg(BH4)2的晶体结构和性质已经有大量的研究，但该物质在高压下的结构和性质的报道却很少.本文基于密度泛函理论的第一性原理中赝势平面波方法，对金属氢化物Mg(BH4)2性质进行细致的分析研究，寻找加压前后结构性质的变化.通过对密立根布居分析的研究找到原子间电荷的转移和成键行为.
　　计算结果表明，当压强达到0.64GPa时，Mg(BH4)2发生结构相变生成新相β-Mg(BH4)2，其空间群为I41/amd，该结构具有稳定的声子谱，该相变为一级相变.分析电子态密度结果表明，α-Mg(BH4)2和β-Mg(BH4)2都是宽带隙的绝缘体，B原子和H原子的轨道电子在价带中有杂化现象，形成稳定的化学键.密立根布居分析结果表明，α-Mg(BH4)2和β-Mg(BH4)2结构中Mg2+和[BH4]-基团存在离子相互作用.当压力从0 GPa增加到0.64 GPa，虽然B-H原子间键长变化不明显，但是B原子的s和p电子态与H原子的s电子态的杂化增强，使得高压相β-Mg(BH4)2结构的BOPSB-H大于常压相的值.因此，高压相B和H原子之间具有更强的共价特征，H原子更难解离.光学性质的研究发现，在压强的作用下α-Mg(BH4)2的光学性质变化不明显；与常压相相比较，在较低的能量区域，高压相β-Mg(BH4)2具有较强的吸收峰.为实验研究Mg(BH4)2的高压相变提供重要的理论依据.

目录

声明

第一章 引 言

1.1 开发储氢材料的重要性

1.2 高压技术与计算机模拟技术

1.3 三元金属氢化物 Mg(BH4)2研究进展与本文工作意义

第二章 理论基础

2.1 密度泛函理论

2.2 交换—关联能近似

2.2.1 局域密度近似

2.2.2 广义梯度近似

2.3 布洛赫定理

2.4光学常数

2.4.1 折射率与消光系数

2.4.2 吸收系数

第三章 第一性原理计算方法

3.1 线性变分法

3.2 赝 势

3.2.1 模守恒赝势

3.2.2 超软赝势

3.3 k点、截断能的选取方法

3.3.1 k点取样

3.3.2 截断能

3.4 计算参数

第四章 结果与讨论

4.1 Mg(BH4)2的高压相变研究

4.1.1 Mg(BH4)2的高压结构

4.1.2 Mg(BH4)2高压下电子结构

4.2 Mg(BH4)2密立根布居分析与光学性质

4.2.1 Mg(BH4)2的密立根布居分析

4.2.2 Mg(BH4)2的光学性质

第五章 结 论

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表论文